ROL:HashKey 崔晨：解读以太坊 Layer 2 竞争格局及趋势

本文发布于链闻ChainNews，作者：崔晨，就职于HashKeyCapitalResearch，审核：邹传伟，万向区块链首席经济学家。

以太坊的扩容问题迫在眉睫，而以太坊2.0分片规划开发缓慢，Layer2上的扩容解决方案在短期内最有可能改变以太坊的拥堵现状。以太坊中践行Layer2扩容的团队基于相同或不同的技术方案，例如Rollup和Plasma，进行相应的产品化落地。目前大部分产品还处于开发阶段，它们之间的格局将影响到以太坊生态的格局。本文根据Layer2开发团队对外披露的方案，对其实用性进行解读和评估，总结Layer2项目的发展趋势以及目前Layer2方案面临的问题。

如何理解Layer2方案以及竞争力

Layer2：底层与应用的中间商

Layer2解决方案的思路是将本应该在Layer1上运行的计算过程放到链下，将结果传回链上确认。无论是普通的转账，还是复杂的智能合约，都可以通过Layer2方案实现快速交易以节约Gas费。Layer2作为以太坊中的扩容工具，也是连接底层网络和上层应用的中间层。从这个角度看，人们对Layer2有两方面的要求：应用需要Layer2进行快速清算；主网和用户需要Layer2保证计算结果的正确性以及资金安全。

一般来说，例如Rollup和Plasma技术，是通过主链上的智能合约来实现Layer2层和主链之间的交流，用户通过与智能合约交互实现在Layer2层上的充值与提现，Layer2通过更新状态将结果传回主链上。但是状态更新不是自动进行的，需要指定负责人来执行，也就是Layer2的运营商。以Rollup为例，虽然任何人都可以进行Rollup的操作，但在链下进行计算和主链上更新需要花费资源，因此需要对运营商进行经济激励才能保证Rollup运行。尤其是对于需要欺诈证明和挑战期的方案来说，如果没有合适的激励方式，那么很难维持项目的可持续。Layer2上的交易费用由用户承担，运营商会收到这些奖励。侧链作为广义上的Layer2方式也是通过这种方式运行，侧链有独立的验证节点，用户在使用侧链或进行跨链时要向侧链的节点发出请求。Layer2是底层与网络应用之间的中间商，会因提供便利而收取费用。

Layer2方案竞争力的体现

数据：Hashed将2313万枚SAND存入Binance，约合1290万美元:金色财经报道，据Lookonchain监测，Hashed于半小时前将2313万枚SAND（约合1290万美元）存入Binance。[2023/5/30 11:47:55]

换一个角度考虑，Layer2与底层网络和应用这两者的发展都相关，如果底层网络以太坊出现问题，导致无人使用也就无需Layer2扩容。如果Layer2上没有繁荣的应用生态，也不会有用户使用，那同样没有存在的必要。既涉及到应用又涉及到用户，这样来说，Layer2方案之间的竞争颇具公链竞争的态势。但不同的是，用户退出公链生态就几乎无法转移到其他生态中使用，除非卖出所有公链中所有资产，而Layer2上的用户可以自由在Layer2上进入和退出。如果Layer2上的应用不具有吸引力，用户可以随时转移到其他Layer2上的应用中。在现在的环境下，对于用户来说Layer2本身没有吸引力，使用Layer2关注的更多是上面的应用。所以对于Layer2要注重两个方面的体验，开发者的体验和用户的体验。

以太坊在开发者社区已经形成了护城河效应，因此对于Layer2来说，越接近以太坊的开发环境，就越能获得开发者的青睐。尤其是Layer2的很多目标应用都已经部署在主网上，如果需要开发者再针对Layer2环境进行开发，那么十分耗费时间精力。就像每一种新技术，Layer2方案也具有先发优势，尤其是以太坊用户都在期待Layer2网络上线，因此尽快地开发Layer2解决方案并部署热门应用是Layer2目前提高竞争力最有效的途径。

在提高用户体验方面，首先要做的是保护用户的资金安全。其次，要让用户无感地在主网和Layer2之间移动，如果其中操作繁琐，则会造成用户门槛进而影响使用人数。还有Layer2的立足之本，用户需要在Layer2达到比主网更流畅的用户体验，并且能有效节约Gas费。

综合来说，人们为使用Layer2付出的成本以及得到的便利的综合评估，就是各Layer2的竞争力。

Layer2解决方案及特点

Layer2的技术解决方案可以分为几种，例如状态通道、侧链、Plasma和Rollup等，同一种技术也会由不同的团队开发成不同的版本。下面是目前热门Layer2解决方案及特点。

Hasu：Tornado Cash事件表明最好的隐私技术一直建立在以太坊上:8月10日消息，Flashbots战略主管Hasu在社交媒体上发文表示，对 Tornado Cash 的打压表明最具颠覆性和可扩展性的隐私技术长期建立在以太坊之上。Tornado Cash的私密性比任何比特币混合器都要高几个数量级，因为更多流动性意味着更大的匿名性。虽然当所有存款都被列入黑名单时，这也无济于事，不过任何混合器都可能发生这种情况。[2022/8/10 12:16:14]

OptimisticEthereum

OptimisticEthereum是由?Optimism?公司开发实现的基于OptimisticRollup技术的Layer2网络，计划主网于2021年7月上线。目前测试网上已经有Synthetix和Unipig两个应用的Demo版本，他们也将成为主网上线后的第一批应用。

OE上使用了自创的OVM虚拟机，相当于Layer2上EVM的代替版。由于执行环境不同这两者不完全相同，在主链上执行的智能合约需要转义成适用于OVM的操作码。在OE中，需要通过欺诈证明和挑战期来确定状态的正确性，其中涉及在Layer1上的多次交易，而且需要一定的时间。Layer2上状态的最终确认需要7天的时间，如果存在欺诈交易则会回滚。OE的安全性也来源于欺诈证明的保证，那些揭示错误交易并在OE上提交证明的用户会因此受到奖励。为了防止运营者无成本作恶，成为运营者需要在以太坊上存入诚信保证金。如果他们的欺诈行为被验证者发现，那运营者的保证金就会部分交给验证者，部分被销毁，这是出于运营者可以在验证者提出证明前抢跑的考虑。

由于欺诈证明的存在和挑战期的限制，用户提现时有一周的等待时间，这也是OE现在的弊端，可以通过流动性提供者的方案解决。如果OE中的一个验证者证明了用户的一笔交易是正确的，在规定时间后会真实提现，那么他就可以充当流动性提供者，提前将资金预支给用户，等待用户提现完成再偿还，以赚取挑战期内的利息。或者用户所需的应用都在OE上，用户也就无需提现到主链上。

在费用方面，用户在向OE智能合约转账和提现时需要消耗Gas费，在OE中进行交易时也许支付Gas费给运营者。OE中的Gas费计算方式与主网有所不同，例如在OE上的GasPrice是固定的常数，目前初始值为1Gwei，无需用户再进行设置。

HashCash将为一阿联酋电商公司提供白标加密货币支付处理器:区块链公司HashCash Consultants将通过提供白标加密货币支付处理器基础设施，帮助总部位于阿联酋的一家电子商务公司建立一个高级支付处理器，以支持加密货币支付。（Prweb）[2020/8/5]

ArbitrumRollup

ArbitrumRollup由?OffchainLabs?团队实现，同样基于OptimisticRollup技术，目前发布了测试网V4版本，这是未来主网的候选版本。Arbitrum在OffchainLabs的规划中除了Rollup之外，还有未上线的适用于其他应用的状态通道和侧链。目前ArbitrumRollup的测试网生态版图包括Bancor，Balancer，Bounce，MCDEX和Arbiswap等应用，也包括Chainlink和TheGraph这样的基础设施。

图1：Arbitrum架构

如上图所示，Arbitrum建立在以太坊之上，使用EthBridge维系Layer1和Layer2之间的连接，调用EthBridge合约可以实现主网与Arbitrum链的交互。AVMArchitecture之上是Arbitrum底层运行的虚拟机AVM，ArbOS完全在AVM中运行，负责管理和执行智能合约。最重要的是，ArbOS为智能合约提供了与EVM兼容的执行环境。左上方的用户在使用钱包或前端工具与Arbitrum进行交互时，无需使用新的工具，开发人员也无需进行额外开发，可以直接将现有的Solidity合约转移到Arbitrum中。

与OptimisticRollup的思路相同，ArbitrumRollup使用欺诈证明保证网络安全。相同的，Arbitrum中也会有专门的运营者和验证者，运营者需要缴纳押金防止作恶。专门的验证者对运营者错误行为进行监督，否则每个交易参与者都亲自验证监督的话，会影响用户体验。在进行争端仲裁时，Arbitrum会在链下对争议内容进行拆分，在确定了最小的争议范围之后再调用以太坊合约进行决策。因此在Layer1层面的验证上，Arbitrum的效率会更高。

在Arbitrum中，同样需要为使用虚拟机支付Gas，这体现为ArbGas，也是对Arbitrum运营者的经济补偿。ArbGas用于评估AVM中执行计算所花费的时间，1亿ArbGas大约等于2020年初OffchainLabs开发者电脑的1秒CPU时间。每条AVM指令的ArbGas成本是通过测量设置的，与以太坊中的Gas计算有所不同。目前在测试版本中，默认的费用设置为零。

动态 | 区块链公司HashCash与医学专家携手 通过区块链为癌症研究提供动力:据报道，总部位于加利福尼亚州的区块链技术公司HashCash计划建立一个平台，让肿瘤学家和癌症研究人员分享他们的资源，以促进癌症治疗。该平台适用于医学专业人员和研究人员，他们可以将他们的研究和调查集中在一个地方，共同寻找治疗这种致命疾病的解决方案。[2018/8/28]

zkSync

zkSync由MatterLabs开发实现，基于ZKRollup技术，通过密码学证明链上数据的真实性保证资产安全。运营者在上传数据时会附加有效性证明，主网可以在数据上传时即时验证信息，所以让Layer2达到和主网同等的安全性。目前zkSync的生态包括Curve、AAVE、Balancer、1inch等，已经上线了主网，2.0版本的主网预计在2021年8月上线。

zkSync以用户资金安全为首要目标，使用了加密技术PLONK和RedShift。其中RedShift是一种透明通用的SNARK，由纽约大学的Assimakis和MatterLabs的Konstantin、Alexander研究发现。在使用zkSync时，交易有两部分成本：1.Layer2上的状态储存和SNARK生成成本，这取决于硬件的使用；2.运营者支付将数据传回以太坊主网上的成本以及验证SNARK证明的成本，这取决于以太坊上的GasPrice价格。ZKRollup最大的阻碍就是与智能合约相关的有效性证明的验证成本过高，因此不适用于智能合约的场景。zkSync通过重新对智能合约编写让其适用在ZKRollup中使用。但需要开发者重新使用Zinc语言部署合约，这将是目前zkSync未来最重要的计划之一。

涉及zkSync中的交易转账时，用户可以使用转账的代币支付Gas费，没有必须使用ETH的要求。目前zkSync网络是由集中管理的方式运营，未来将引入多个角色让网络更分散，例如引入PoS共识机制等。为了维持运营者的收支平衡，zkSync中的费用会随着主网Gas费改变，但保证zkSync的使用费用始终比以太坊网络低，ETH转账低20倍以上，ERC20代币转账低100倍以上。未来zkSync还将推出自己的代币用于治理和抵押，并上线手续费更低的平台zkPorter。

巴西证券交易委员会叫停挖矿上市公司HashBrasil的运作:巴西证券交易委员会(CVM)最近暂停了比特币挖矿上市公司HashBrasil的运作。CVM指控该公司未经注册就进行发行，违反了证券法。在巴西证券交易委员会发出警告后，Hashbrasil停止了运营。[2018/3/8]

zkPorter将和zkSync2.0版本主网一同上线，zkPorter中的数据将被转移到链下，可以与zkSync账户无缝交互，其中账户的数据可得性将由守护者的zkSync代币持有者保障。守护者需要抵押zkSync代币并参与PoS，如果数据不可得，他们将失去抵押的资金。

StarkWare

StarkWare是基于ZKRollup技术实现的扩容方案，目前的客户有DeversiFi、iMMUTABLE，dYdX。不同于zkSync，StarkWare使用的是STARK技术，一种简洁全透明的零知识证明。Cairo是StarkWare推出的图灵完备使用STARK证明的平台，以上的应用也是基于Cairo搭建的。除此之外，StarkWare还推出了交易平台StarkEx。

StarkWare还开发了一种名为Validium的模式，在这种方案下，用户将交易数据发给委员会成员，他们的数据会被储存在链下，降低了ZKRollup中的资金的安全性，但由此效率会有所提高，更适用于高频的场景。

Polygon

Polygon是Matic网络的升级产品，与Matic成为两个不同的扩容解决方案。Matic使用了Plasma框架，来保证侧链的去中心化和安全性。Matic在Plasma链中应用了基于账户的模型，不同于其他Plasma中的UTXO系统，这让PlasmaMatic适用于以太坊系统，支持EVM。Plasma侧链使用PoS共识机制，质押Matic代币可以成为网络中的验证者。Polygon的独立侧链完全与以太坊适配，因此用户和开发者的学习成本为零，通过桥链接支持互操作性，侧链中有独立的验证者保证安全。Polygon目前上线了侧链和Plasma两个以太坊扩容方式，ZKRollup和OptimisticRollup产品在未来的规划中。这是为了实现不同用户的扩容需求，例如企业级应用、初创公司和专注网络安全的公司等。Aavegotchi、Easyfi、SportX、Aave等应用使用了Polygon的架构。

图2：Polygon中的固定链模式和独立链模式

xDai?Chain

xDaiChain是MakerDAO基金会推出的以太坊兼容侧链，以xDAI为网络交易的支付工具，xDAI与DAI同比例兑换。由于兼容EVM，以太坊中所有应用都可以直接迁移到侧链上。目前xDAI的生态应用有很多，包括1Hive，Honeyswap，PerpetualProtocol，Sushiswap，Unique.one等等。

xDai侧链使用了权益证明机制POSDAO进行记账和治理，采用了双层代币模型，除了xDai作为支付代币外，还发行了STAKE代币作为治理代币。目前的验证节点还是中心化的受信任的节点，未来会逐渐开放。在以太坊2.0节点，xDaiChain将成为一个分片或者Rollup加入到以太坊网路中。

其他类Layer2项目

除了专注以太坊Layer2领域的项目外，还有一些原本目标是高速可扩展的公链，但实际中与以太坊运行环境不断靠近让其逐渐有了Layer2项目的影子，如Harmony，CelerNetwork，BSC，Heco等。跨链协议Polkadot上的项目也在探索与以太坊上应用的适配，例如AcalaEVM成功部署了Uniswap合约并运行。

最典型的例子是BSC和Heco，这两者使用的虚拟机和以太坊相同，开发者可以直接将智能合约从以太坊上迁移过来。而且BSC和Heco在底层改变了公链的共识机制等参数，出块速度更快并实现了更大的承载量，用户可以在节约交易花费。如果其他公链在兼容性与以太坊相称的话，就可以被视为以太坊上的侧链，也就是广义上的Layer2。

Layer2的发展趋势及问题

Layer2的发展预期

各种Layer2方案层出不穷，我们在第一部分指出，Layer2的竞争力在于降低开发者难度以及提高用户体验，因此未来所有Layer2还将朝着这两个方向进行，例如OptimisticRollup类产品改善欺诈证明和挑战期的用户体验，ZKRollup对虚拟机和智能合约方面进行开发，让其更适用于目前的DeFi应用。侧链的实现虽然较为容易，但要提高资金安全和去中心化方面的保证。

Layer2层面上，很难在降低手续费、可扩展性、去中心化、数据可得性这几方面同时实现平衡。随着Layer2技术的不断发展，例如最新的Rollup技术，如果忽视挑战期或智能合约造成的不便，已经在去中心化和数据可能性方面实现了进步。然而为了追求更快的交易速度和降低手续费，比如zkPorter和Validium模式中，只能靠牺牲数据可得性来实现，不得不将数据转移到链下储存。不难理解，为了达成更高的效率，只能尽可能少地使用链上资源，也就是交给运营节点更多的权力，所以需要更完善的机制设计避免节点作恶。未来Layer2方案会在速度、费用、去中心化和数据可得性这几方面进行取舍，针对不同的场景会出现不同的解决方案。

对于Layer2的运营者或验证者来说，进行相关工作需要经济上的激励。对于大多数Layer2网络来说，发行代币也是未来趋势，主要用于治理或激励。但对于使用同一种技术的项目来说，例如OE和Arbitrum，经济激励的设计也是他们的竞争力之一。就像DeFi生态中的竞争，如果Layer2的对参与者的激励更多，那就会因此吸引更多的运营者和验证者来保证网络安全。

Layer2只是以太坊上的工具，更重要还是运行在Layer2上的应用。可以看出，与Layer2项目合作最多的是需要高频交易的DEX。随着DEX项目的升级，例如Uniswap的V3版本，在Layer2上运行的需求就更强烈。未来Layer2上的竞争也是Layer2上应用之间的竞争，因此对于Layer2来说争夺应用更为关键，尤其是需要高频交易的应用。

Layer2方案面临的问题

除了侧链网络，Rollup技术的Layer2解决方案的开发进度是低于预期的，因此难以判断上线之后是否能真正符合预期，开发难度是目前Layer2面临的问题。Layer2之间的互操作性也是目前Layer2方案面临的问题，不同的Layer2是由不同智能合约控制的，因此在相同Layer2中应用进行交互才能降低手续费。如果同一应用部署在不同的Layer2中，则会影响它的流动性。因此跨Layer2解决方案也是目前的研究方向。

思考与总结

上文是对目前以太坊Layer2中主流项目竞争格局和趋势的分析，Layer2作为连接以太坊底层和应用的中间层，也是以太坊主链上的扩容工具。最需要关注的就是为应用开发者和用户层面上的使用体验，尤其是对应用的争夺。由于在不同的Layer2会影响应用的交互性，形成Layer2层面上完整的生态是理想的状态。

虽然各Layer2方案都朝着提高可用性的方向发展，但最后不会出现统一的胜出者，这是因为在不同场景中会出现不同需求。例如在高频交易场景下人们会更对手续费更敏感，这就可以牺牲掉部分的数据可用性以经济机制来防止作恶。但在其他更需要安全性的场景下，就可以使用完全数据可用的方案。

为了维持Layer2方案的可持续性，处理运营者和用户之间的关系同样重要。如果对运营者的激励过少，那么可能没有足够的运营者和验证者维持网络的去中心化和安全。如果对用户收费过多，也可能造成用户和应用的流失。尤其是大部分Rollup方案都采用了与主网不同的Gas费收取方式，是否能实现运营者收支平衡还需上线后再做评估。

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